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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Planung von Wartungsarbeiten an wenigstens einer Maschine. Bei der Maschine handelt es sich insbesondere um eine Umformmaschine, mit der ein Werkstück formgebend bearbeitet wird, beispielsweise eine Presse.
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Wartungsarbeiten an Maschinen zu planen und effizient und rechtzeitig durchzuführen ist immer noch eine Herausforderung. Einerseits sollen unnötige und unnötig lange Wartungsarbeiten und damit verbundene Stillstandzeiten einer Maschine vermieden werden, andererseits müssen die Wartungsarbeiten regelmäßig und rechtzeitig erfolgen, um Schäden an einer Maschine zu vermeiden. Im Stand der Technik existiert eine Vielzahl von Ansätzen, um Maschinen zu überwachen bzw. Wartungsarbeiten zu planen.
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US 10,114,367 B2 beschreibt eine Serverplattform für ein Betriebs- und Wartungssystem. Die Serverplattform soll eine Schnittstelle zu diversen Datenquellen bilden, um die unterschiedlichen Datentypen auf einen Standardtyp abzubilden und damit einen Datenaustausch bzw. eine einheitliche Datenauswertung zu ermöglichen.
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WO 2011/034805 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fehlerdiagnose einer Maschine. Es wird dabei als Problem angesehen, dass große Datenmengen erforderlich sind, damit ein lernendes System (z.B. neuronales Netz) zulässige und unzulässige Betriebszustände zu unterscheiden lernt. Um ein Fehlerdiagnosesystem zu schaffen, das auch ohne große Lernmengen auskommt, werden manuell Regeln vorgegeben, die den Normalbetriebszustand und den Fehlerbetriebszustand der Maschine beschreiben. Unter Verwendung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung über die Merkmalszustandsbereiche eines gemessenen Merkmalsvektors wird ein künstlicher Merkmalsvektor erzeugt, der entweder den Normalbetriebszustand oder den Fehlerbetriebszustand der Maschine charakterisiert.
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Aus
EP 3 258 426 A1 geht eine automatische Zustandsüberwachung und Anomalitätserkennung für die vorausschauende Wartung hervor. Ein Regressionsmodell wird unter Verwendung von historischen Daten von einer Mehrzahl von Sensoren trainiert. Es wird eine Wahrscheinlichkeit für eine Abweichung zwischen einer berechneten Differenz zwischen dem aktuell gemessenen Sensorwert und einem vorhergesagten Sensorwert ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen. Ist die Wahrscheinlichkeit für die Differenz zwischen dem vorhergesagten Sensorwert und dem gemessenen Sensorwert ausreichend groß, wird auf einen Normalzustand geschlossen, ansonsten wird ein Anomaliezustand erkannt.
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US 6,915,237 B2 betrifft ein integriertes System zum Verifizieren der Leistungsfähigkeit und Funktionsfähigkeit von Instrumenten und Verfahren. Bei Instrumenten und Verfahren, bei denen eine Kalibrierung erforderlich ist, schafft das integrierte System eine Möglichkeit zur automatischen Kalibrierung und Überwachung der Kalibrierung über einen Netzwerkzugriff (online) oder vor Ort.
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Bei dem System zur Zustandsüberwachung und Fehlerdiagnose gemäß
EP 2 998 894 A1 geht es darum, basierend auf historischen Werten von Variablen Hypothesen über einen Zustand von einer oder mehreren Komponenten zu erstellen und basierend auf diesen Hypothesen den Zustand der einen oder der mehreren Komponenten zu ermitteln.
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Aus dem Dokument „The Stadardisation Roadmap of Predictive Maintenance for Sino-German Industrie 4.0/Intelligent Manufacturing“, Federal Ministry for Economic Affairs and Energy, April 2018, ist die vorausschauende Wartung von Industrieanlagen bekannt. Unter anderem wird die Zustandsüberwachung einer Anlage dadurch gewertet, dass der Zustand von einzelnen Komponenten durch eine beliebige Funktion verknüpft wird. Basierend darauf kann ein Wartungsplan erstellt werden, bei dem auch die Verfügbarkeit von entsprechender Wartungsausrüstung und das Einplanen von Personal berücksichtigt werden.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Planung von Wartungsarbeiten an wenigstens einer Maschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 14 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat ein Eingangsmodul, ein Modellmodul, ein Ressourcenmodul, ein Planungsmodul sowie ein Schnittstellenmodul. Das Planungsmodul ist mit allen anderen Modulen kommunikationsverbunden und bildet sozusagen einen zentralen Knoten. Jedes Modul kann in einer separaten Bauteilgruppe realisiert sein. Es ist auch möglich mehrere Module als Softwaremodule in einem gemeinsamen Bauteil oder einer gemeinsamen Bauteilgruppe zu realisieren. Jedes Modul kann ein Hardware- und/oder Softwaremodul sein.
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Das Eingangsmodul ist zum Empfang von Sensordaten der Maschine eingerichtet. Es ist ferner dazu eingerichtet, basierend auf den Sensordaten, Eingangsdaten für wenigstens ein weiteres Modul, insbesondere das Planungsmodul, bereitzustellen. Die Eingangsdaten können beispielsweise eine Teilmenge der empfangenen Sensordaten und/oder vorverarbeitete Sensordaten sein. Das Eingangsmodul kann beispielsweise zusätzlich oder alternativ dazu eingerichtet sein, die Sensordaten auf Fehler zu prüfen und fehlerhafte Sensordaten nicht als Eingangsdaten bereitzustellen. Dazu kann beispielsweise ein bestimmter Sensorwert der Sensordaten mit einem zulässigen Wertebereich verglichen werden. Außerdem ist im Eingangsmodul bevorzugt der Steuerungsablauf der Maschine bekannt und kann bei der Auswahl der Sensordaten, basierend auf denen Eingangsdaten bereitgestellt werden sollen, berücksichtigt werden. Daher kann abhängig vom aktuellen Zustand der Maschine eine Auswahl an relevanten Sensordaten erfolgen, die in Form von Eingangsdaten bereitgestellt werden.
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Das Modellmodul hat Zugriff auf eine Modelldatenbank. In der Modelldatenbank sind Wartungsmodelle für durchzuführende Wartungsarbeiten abgespeichert. Die Wartungsmodelle können durch Maschinenlernen erzeugt werden und/oder manuell erzeugt werden. Das Modellmodul ist insbesondere dazu eingerichtet, basierend auf KI-Algorithmen oder Algorithmen zum Maschinenlernen, automatisch zu lernen. Z.B. kann das Modellmodul ein neuronalen Netz zum Maschinenlernen aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Modellmodul dazu eingerichtet sein, das Maschinenlernen in Form des sogenannten Deep Learning auszuführen.
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Jedes Wartungsmodell beinhaltet einen Wartungsablauf mit wenigstens einem Wartungsschritt. Außerdem wird jedem Wartungsschritt im Wartungsmodell eine für die Durchführung dieses Wartungsschritts erforderliche Ressource zugeordnet. Bei der Ressource kann es sich um wenigstens eine Person handeln, die für die Durchführung des betreffenden Wartungsschritts die erforderlichen Fähigkeiten oder Qualifikationen aufweist und/oder um wenigstens ein Gerät und/oder Instrument und/oder Einrichtung, die zur Durchführung des Wartungsschritts benötigt wird. Beispielsweise kann es erforderlich sein, für die Durchführung eines Wartungsschritts bestimmte Werkzeuge, Messgeräte, Analyseeinrichtungen oder ähnliches einzusetzen. Eine Ressource kann daher auch eine beliebige Kombination von wenigstens einer Person und wenigstens einem Gerät und/oder Instrument und/oder einer Einrichtung sein.
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Jedem Wartungsmodell ist in der Modelldatenbank außerdem ein Modelldatenmuster zugeordnet. Dabei ist jedes Wartungsmodell mit zumindest einem Modelldatenmuster verknüpft. Es ist möglich, mehrere Modelldatenmuster mit einem Wartungsmodell zu verknüpfen. Bevorzugt ist jedes Modelldatenmuster nur mit genau einem Wartungsmodell verknüpft. Jedes Modelldatenmuster enthält Modellsensordaten. Die Modellsensordaten bilden einen Vergleichsdatensatz zum Vergleich mit den Eingangsdaten. Die Modellsensordaten können beispielsweise jeweils einen einzelnen, isolierten Modellsensorwert zum Vergleich mit jeweils einem aktuellen Eingangswert aus den Eingangsdaten aufweisen.
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Die Eingangsdaten und die Modellsensordaten jedes Modelldatenmusters können auch Daten enthalten, die einen Betrachtungszeitraum für einen bestimmten Sensorwert beschreiben. Für einen oder mehrere Eingangswerte der Eingangsdaten können die Modellsensordaten jeweils mehrere zugehörige Modellsensorwerte zum Vergleich aufweisen, die beispielsweise einen zeitlichen Verlauf über den Betrachtungszeitraum darstellen. Zum Beispiel kann ein durch einen Temperatursensor gemessener Temperaturverlauf, der in den Eingangsdaten enthalten ist, mit einem Temperaturverlauf verglichen werden, der in den Modelldatenmustern enthalten ist.
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Das Ressourcenmodul hat Zugriff auf eine Ressourcendatenbank. In der Ressourcendatenbank sind Ressourcen und deren Verfügbarkeitszeiträume abgespeichert.
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Das Planungsmodul und/oder das Modellmodul ist dazu eingerichtet, einen Vergleich zwischen den Eingangsdaten und den Modellsensordaten in den Modellmustern durchzuführen. Bei diesem Vergleich wird die Identität oder die Ähnlichkeit zwischen den Eingangsdaten und den Modellsensordaten in den Modelldatenmustern überprüft. Sind die Eingangsdaten identisch oder ausreichend ähnlich zu den Modellsensordaten eines Modelldatenmusters, wird eine Übereinstimmung festgestellt. Für diesen Vergleich können KI-Algorithmen zur Mustererkennung und/oder Musteranalyse verwendet werden. Bei festgestellter Übereinstimmung wird das zugeordnete Wartungsmodell ausgewählt und im Planungsmodul bereitgestellt.
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Das Planungsmodul und/oder das Ressourcenmodul ist dazu eingerichtet, die Verfügbarkeit der im ausgewählten Wartungsmodell angegebenen Ressource zu prüfen. Ist die Ressource verfügbar, wird die Ressourcenverfügbarkeit bestätigt. In diesem Fall kann der im ausgewählten Wartungsmodell angegebene Wartungsablauf auch tatsächlich ausgeführt werden, weil die hierfür erforderliche Ressource verfügbar ist.
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Bei der Prüfung einer Verfügbarkeit einer Ressource können folgende Bedingungen überprüft werden:
- - eine maximale Wartungsdauer zwischen dem Beginn des ersten Wartungsschrittes und dem Abschluss des letzten Wartungsschrittes muss eingehalten werden; und/oder
- - der Beginn und/oder der Abschluss der Wartung muss innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums erfolgen.
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Über diese Bedingungen kann sichergestellt werden, dass der Wartungsablauf nicht zu sehr langen Maschinenstillstandzeiten führt und andererseits in einem vorgesehenen Zeitfenster auch tatsächlich begonnen bzw. beendet wird, um Schäden oder übermäßigen Verschleiß durch eine verzögerte Wartung zu vermeiden.
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Das Planungsmodul ist erfindungsgemäß außerdem dazu eingerichtet, ein Schnittstellenmodul anzusteuern. Der Wartungsablauf mit dem wenigstens einen Wartungsschritt wird über das Schnittstellenmodul an die benötigte Ressource ausgegeben. Beispielsweise kann einer entsprechend qualifizierten Person ein Wartungsauftrag für einen oder mehrere Wartungsschritte erteilt werden. Alternativ oder zusätzlich kann in einem Lagersystem oder Logistiksystem ein Instrument oder Gerät oder eine Einrichtung reserviert werden, das bzw. die für einen oder mehrere Wartungsschritte benötigt wird, so dass es bzw. sie für den betreffenden Wartungsschritt zur Verfügung steht.
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Als Schnittstellenmodul für eine Person kann beispielsweise ein Smartphone, Tablet oder eine andere vorzugsweise mobiles Endgerät dienen, auf der der Person Wartungsaufträge ausgegeben bzw. angezeigt werden können. Vorzugsweise ist das Schnittstellenmodul auch dazu eingerichtet, dass eine Person und/oder ein System über das Schnittstellenmodul Eingaben machen kann, beispielsweise die Erledigung eines Wartungsschritts quittieren kann.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die sämtliche Aspekte der Wartungsplanung automatisiert durchführt. Auf Basis der Eingangsdaten können erforderliche Wartungsschritte ausgewählt und die notwendige Ressource eingeplant werden. In der Modelldatenbank sind Wartungsmodelle hinterlegt, die auf manuell eingegebenen Daten oder auf maschinellem Lernen beruhen und daher Erfahrungswissen darstellen. Basierend auf dem Erfahrungswissen kann eine vorausschauende Wartung durchgeführt werden. Dadurch lassen sich übermäßiger Verschleiß und Defekte einer Maschine und damit im Zusammenhang stehende Ausfall- und Stillstandzeiten reduzieren. Durch das Erfahrungswissen in den Wartungsmodellen werden auch unnötig kurze Intervalle für bestimmte Wartungsarbeiten vermieden. Der Aufwand für die Wartung und die Stillstandszeiten der Maschine werden gering gehalten.
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Vorzugsweise ist das Schnittstellenmodul dazu eingerichtet, den über das Schnitzstellenmodul ausgegebenen Wartungsablauf und/oder wenigstens einen der enthaltenen Wartungsschritte auf eine Eingabe bzw. Anforderung einer Ressource zu ändern. Dabei ist es möglich, nur bestimmten Personen die Autorisierung für eine solche Änderung zu erteilen. Beispielsweise kann eine mit einem Wartungsschritt betraute Person den Wartungsschritt vor der Durchführung des Wartungsschritts oder nach der Durchführung des Wartungsschritts modifizieren, um den Wartungsschritt an die konkreten Erfordernisse der Maschine anzupassen, die sich beispielsweise bei einer Begutachtung der Maschine ergeben. Der geänderte Wartungsablauf kann an das Modellmodul übermittelt werden. Beispielsweise kann das Modellmodul dazu eingerichtet sein, das betreffende Wartungsmodell zu ändern oder ein neues Wartungsmodell in der Modelldatenbank abzuspeichern.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Planungsmodul und/oder das Modellmodul dazu eingerichtet ist, die Eingangsdaten mittels eines vorgegebenen Zusammenhangs zu verknüpfen und daraus einen Indikatorwert zu berechnen. Der vorgegebene Zusammenhang kann eine beliebige Anzahl von Eingangsdaten auf beliebige Weise miteinander verknüpfen. Der Indikatorwert kann anschließend zur Durchführung des Vergleichs zwischen den Eingangsdaten und den Modellsensordaten eines Modelldatenmusters verwendet werden. Zum Beispiel kann der Indikatorwert der Eingangsdaten mit einem dem Wartungsmodell zugeordneten Modellindikatorwert verglichen werden. Der Modellindikatorwert kann im Wartungsmodell abgespeichert sein oder durch das Planungsmodul und/oder das Modellmodul basierend auf demselben Zusammenhang berechnet werden, der auf die Ermittlung des Indikatorwerts verwendet wurde.
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Vorzugsweise wird eine Übereinstimmung zwischen den Eingangsdaten und den Modellsensordaten eines Modelldatenmusters eines Wartungsmodells festgestellt, wenn die Abweichung zwischen dem Indikatorwert und dem Modellindikatorwert kleiner ist als eine vorgegebene Maximalabweichung. Beispielsweise kann eine ausreichende Ähnlichkeit vorliegen, wenn der Indikatorwert und der Modellindikatorwert oder deren Beträge höchstens um 20% voneinander abweichen.
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Wenn zu den Eingangsdaten kein übereinstimmendes Modelldatenmuster gefunden wurde, kann daraus geschlossen werden, dass aktuell keine Wartungsarbeiten erforderlich sind. Liegen weitere Informationen oder Erkenntnisse vor, die das Erfordernis einer Wartung signalisieren, ist es vorteilhaft, wenn das Planungsmodell dazu eingerichtet ist, einen Wartungsdienst anzufordern, wenn zu den Eingangsdaten kein übereinstimmendes Modelldatenmuster gefunden wurde. In diesem Fall lässt sich dem aktuellen Zustand der Maschine, der durch die Eingangsdaten charakterisiert ist, kein Wartungsmodell zuordnen. Weitere Informationen oder Erkenntnisse, die das Erfordernis einer Wartung signalisieren, können beispielsweise sein: der Ablauf einer Zeitdauer seit der letzten Wartung und/oder ein Eingangswert der Eingangsdaten, der außerhalb eines zulässigen Wertebereichs ist und/oder ein erkannter Ausfall eines Sensors oder einer anderen Komponente der Maschine, usw.
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Das Planungsmodul kann zusätzlich oder alternativ auch dann dazu eingerichtet sein, einen Wartungsdienst anzufordern, wenn die zu dem ausgewählten Wartungsmodell erforderliche Ressource nicht verfügbar ist.
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Liegt die Anforderung des Wartungsdienstes vor, entscheidet beispielsweise eine entsprechend qualifizierte Person des Wartungsdienstes über das weitere Vorgehen.
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Das Planungsmodul ist dazu eingerichtet, nach einem weiteren übereinstimmenden Modelldatenmuster zu suchen, wenn die für den Wartungsablauf eines ausgewählten Wartungsmodells erforderliche Ressource nicht verfügbar ist. Wegen der mangelnden Verfügbarkeit kann der Wartungsablauf nicht wie im ausgewählten Wartungsmodell vorgesehen durchgeführt werden. In diesem Fall kann das Planungsmodul eine Prüfung veranlassen, ob ein weiteres Wartungsmodell mit einem alternativen Wartungsablauf vorhanden ist. Dazu können die Eingangsdaten mit den Modellsensordaten des Modelldatenmusters wie vorstehend beschrieben auf Identität oder Ähnlichkeit verglichen werden.
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Bevorzugt kann bei dem Vergleich der Eingangsdaten mit den Modellsensordaten der Modelldatenmuster eine Prioritätsreihenfolge für identische und ähnliche Modelldatenmuster und deren zugeordnete Wartungsmodelle erzeugt werden. In der Prioritätsreihenfolge ist das Wartungsmodell an erster Position (höchste Priorität), dass die größte Ähnlichkeit zwischen den Modellsensordaten und den Eingangsdaten aufweist. Die weiteren Wartungsmodelle können sich in einer Reihenfolge mit abnehmender Ähnlichkeit zwischen den Modellsensordaten und den Eingangsdaten anschließen. Beispielsweise kann hierfür die Abweichung zwischen dem Indikatorwert und dem Modellindikatorwert verwendet werden. Bereits bei einer ersten Suche nach einem passenden Wartungsmodell können auf diese Weise mehrere Wartungsmodelle in einer Prioritätsreihenfolge ausgewählt werden. Steht dann die Ressource des Wartungsmodells mit der höchsten Priorität nicht zur Verfügung, kann anschließend die Verfügbarkeit der Ressource des Wartungsmodells mit der zweithöchsten Priorität geprüft werden, usw., bis ein Wartungsmodell gefunden wurde, dessen Ressource verfügbar ist. Kann kein passendes Wartungsmodell gefunden werden, kann beispielsweise der Wartungsdienst angefordert werden, wie es vorstehend erläutert wurde
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Das Eingangsmodul und/oder das Planungsmodul kann außerdem dazu eingerichtet sein, die Sensordaten bzw. die Eingangsdaten mit wenigstens einem vorgegebenen Kriterium zu vergleichen und abhängig vom Vergleichsergebnis eine Maßnahme einzuleiten. Beispielsweise können unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet werden, abhängig von der Differenz der Sensordaten gegenüber dem vorgegebenen Kriterium. Abhängig von dem Vergleich lassen sich beispielsweise mehrere Zustände der Maschine unterscheiden, zum Beispiel: Normalbetriebszustand, ein Betriebszustand, der eine Wartung bzw. Instandsetzung erfordert und ein kritischer Betriebszustand, der den Notstopp der Maschine erfordert. Dieses Vergleichsergebnis kann dem Planungsmodul als zusätzliche Information bereitgestellt werden, wenn der Vergleich mit dem Kriterium im Eingangsmodul durchgeführt wird. Das Prüfen und Einleiten der Maßnahmen durch das Eingangsmodul kann zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen vorausschauenden Wartung erfolgen.
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Wenn die Maschine eine Reparatur oder Instandsetzung erfordert, kann das Eingangsmodul dazu eingerichtet sein, eine entsprechende Warnung auszugeben, wenn die Sensordaten und/oder die Eingangsdaten ein Warnkriterium erfüllen. Das Eingangsmodul kann dazu eingerichtet sein, einen Notstopp der Maschine zu veranlassen, wenn die Sensordaten und/oder die Eingangsdaten ein Notstoppkriterium erfüllen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbart. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Planung von Wartungsarbeiten an wenigstens einer Maschine,
- 2 eine schematische beispielhafte Darstellung eines Wartungsablauf, der über ein Schnittstellenmodul der Vorrichtung nach 1 ausgegeben werden kann und
- 3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Planung von Wartungsarbeiten an der Maschine, das mittels der Vorrichtung nach 1 ausgeführt werden kann.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Planung von Wartungsarbeiten an einer Maschine 11 veranschaulicht. Nachfolgend wird die Vorrichtung 10 und deren Funktionsweise unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert.
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Die Vorrichtung 10 weist ein Eingangsmodul 12, ein Planungsmodul 13, ein Modellmodul 14, ein Ressourcenmodul 15 sowie ein Schnittstellenmodul 16 auf. Das Planungsmodul 13 ist mit den anderen Modulen 12, 14, 15, 16 kommunikationsverbunden. Das Modellmodul 14 hat Zugriff auf eine Modelldatenbank 17. Das Ressourcenmodul 15 hat Zugriff auf eine Ressourcendatenbank 18.
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Die Maschine 11 verfügt über mehrere nicht dargestellte Sensoren, die jeweils ein Sensorsignal erzeugen, wobei die Sensorsignale gemeinsam Sensordaten S darstellen, die von der Maschine 11 an das Eingangsmodul 12 übermittelt werden. Das Eingangsmodul 12 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, basierend auf den empfangenen Sensordaten S Eingangsdaten E bereitzustellen und insbesondere an das Planungsmodul 13 zu übermitteln. Die Eingangsdaten E können beispielsweise eine Teilmenge der empfangenen Sensordaten S sein. Das Eingangsmodul 12 kann außerdem dazu eingerichtet sein, die empfangenen Sensordaten S auf fehlerhafte Daten zu prüfen und diese nicht in Form von Eingangsdaten E bereitzustellen. Beispielsweise kann jeder Sensorwert der Sensordaten S darauf überprüft werden, ob er in einem zulässigen Wertebereich liegt. Das Eingangsmodul 12 kann auch Plausibilitätsprüfungen durch Vergleich von einem oder mehreren der Sensorwerte der Sensordaten S durchführen, um falsche Sensorwerte zu erkennen und zu unterdrücken. Es ist auch möglich, einen aktuellen Sensorwert mit den zeitlich vorhergehenden Sensorwerten desselben Sensors zu vergleichen, so dass plötzliche betragsmäßig große Differenzen in dem Signal eines Sensors erkannt und nach Prüfung gegebenenfalls als fehlerhaft unterdrückt werden können.
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Die bereitgestellten Eingangsdaten E charakterisieren den Zustand der Maschine 11. Aus den Sensordaten S können beispielsweise solche Sensorwerte ausgewählt werden, die abhängig vom aktuellen Zustand der Steuerung der Maschine 11, der dem Eingangsmodul 12 bekannt sein kann, im Hinblick auf ihre Relevanz ausgewählt wurden. Durch das Reduzieren der Datenmenge der Eingangsdaten E gegenüber den Sensordaten S, kann die Bandbreite für die Datenübermittlung zwischen dem Eingangsmodul 12 und dem Planungsmodul 13 reduziert werden.
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Das Empfangen der Sensordaten S und das Bereitstellen der Eingangsdaten E durch das Eingangsmodul 12 erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt V1 (3).
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In der Modelldatenbank 17 sind mehrere Wartungsmodelle 22 abgespeichert. Jedes Wartungsmodell 22 enthält einen Wartungsablauf 23. Der Wartungsablauf 23 für eine Wartung der Maschine 11 enthält wenigstens einen Wartungsschritt 24 sowie eine Angabe zu einer Ressource 25 die erforderlich ist, um den jeweiligen Wartungsschritt 24 durchführen zu können. Eine Ressource kann beispielsweise eine entsprechend für die Durchführung des Wartungsschritts qualifizierte Person sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Ressource 25 ein Gerät oder ein Instrument sein, das zur Durchführung des Wartungsschrittes 24 benötigt wird, beispielsweise ein Messgerät, ein Analyseinstrument, ein Werkzeug, usw.
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In der Modelldatenbank 17 ist außerdem jedes Wartungsmodell 22 mit einem Modelldatenmuster 26 verknüpft, das Modellsensordaten M enthält. Die Modellsensordaten M entsprechen zumindest einer Teilmenge der in den Sensordaten S enthaltenen Sensorsignale bzw. Sensorwerte. Die Modellsensordaten M charakterisieren einen bestimmten wartungsbedürftigen Zustand der Maschine 11, wobei der durchzuführende Wartungsablauf mit dem wenigstens einen Wartungsschritt 24 durch das Wartungsmodell 22 beschrieben wird, das mit dem Modelldatenmuster 26 verknüpft ist. Das Modelldatenmuster 26 enthält keine Modellsensordaten M, die nicht in den Sensordaten S und mithin den Eingangsdaten E enthalten sein können.
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Die Modelldatenbank 17 kann durch manuelles Eingeben von einem oder mehreren Wartungsmodellen 22 und Modelldatenmustern 26 trainiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Modellmodul 14 zum maschinellen Lernen ausgebildet sein und beispielsweise basierend auf Algorithmen zum maschinellen, wie etwa Neuronalen Netzen, während des Betriebs der Maschine 11 kontinuierlich lernen. Werden beispielsweise Wartungsarbeiten durchgeführt, können die erfassten Eingangsdaten E, die eine bestimmte Wartungstätigkeit ausgelöst haben, als Modellsensordaten M in einem Modelldatenmuster 26 abgespeichert und die durchgeführte Wartungstätigkeit in Form von wenigstens einem Wartungsschritt 24 und der benötigten Ressource 25 als damit verknüpftes Wartungsmodell 22 in der Modelldatenbank 17 abgespeichert werden. Auf diese Weise kann das Modellmodul 14 trainiert werden bzw. maschinell lernen. Es ist auch möglich, Wartungsmodelle 22 und Modelldatenmuster 26 von anderen, identischen oder ähnlichen Maschinen zu übernehmen und in der Modelldatenbank 17 zu hinterlegen.
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Das Modellmodul 14 oder bevorzugt das Planungsmodul 13 ist dazu eingerichtet, einen Vergleich zwischen den Eingangsdaten E mit den Modellsensordaten M der Modelldatenmuster 26 durchzuführen, um eine Übereinstimmung zu finden (zweiter Verfahrensschritt V2 in 3). Die Eingangsdaten E und die Modellsensordaten M stimmen überein, wenn sie identisch oder ähnlich sind. Bei der Überprüfung der Ähnlichkeit können Algorithmen der Musterkennung verwendet werden.
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Beim Ausführungsbeispiel ist das Planungsmodul 13 dazu eingerichtet, anhand der aktuellen Eingangsdaten E einen Indikatorwert IE auf Basis eines vorgegebenen Zusammenhangs zu ermitteln. Der Zusammenhang kann irgendeine beliebige mathematische Funktion sein. Jeder Zusammenhang kann sämtliche Sensordaten S berücksichtigen. Ist ein bestimmter Sensorwert in den Eingangsdaten E nicht enthalten, kann dieser Wert auf einen Standardwert gesetzt werden, beispielsweise Null.
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Auf Basis desselben vorgegebenen Zusammenhangs können die in einem Modelldatenmuster 26 enthaltenen Modellsensordaten miteinander verknüpft und daraus ein Modellindikatorwert IM berechnet werden. Der Indikatorwert IE der Eingangsdaten E und der Modellindikatorwert IM eines Modelldatenmusters 26 können im Planungsmodul 13 miteinander verglichen werden. Dabei kann eine Abweichung zwischen dem Indikatorwert IE und dem Modellindikatorwert IM ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen werden. Ist die Abweichung ausreichend klein, beispielsweise höchstens 20%, kann eine Ähnlichkeit zwischen den Eingangsdaten E und den Modellsensordaten M erkannt werden. Andernfalls sind die Eingangsdaten E zu den Modellsensordaten M eines Modelldatenmusters 26 unähnlich.
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Während dieses Vergleichs können eine vorgegebene Anzahl oder sämtliche Wartungsmodelle 22 ausgewählt werden, die mit einem Modelldatenmuster 26 verknüpft sind, das Modellsensordaten M enthält, die mit den Eingangsdaten E übereinstimmen (Identität oder Ähnlichkeit). Die derart aufgefundenen Wartungsmodelle 22 können dann in eine Prioritätsreihenfolge gebracht werden. Das Wartungsmodell 22, das mit einem Modelldatenmuster 26 verknüpft ist, dessen Modellsensordaten M die größte Ähnlichkeit oder eine Identität mit den Eingangsdaten E aufweisen, wird in der Prioritätsreihenfolge an die erste Stelle gesetzt. Die anderen aufgefundenen Wartungsmodelle 22 schließen sich der Reihe mit abnehmender Ähnlichkeit der zugeordneten Modelldatenmuster 26 an. Die Möglichkeit bereits mehrere als ähnlich identifizierte Wartungsmodelle 22 in eine Prioritätsreihenfolge zu bringen ist optional und es kann auch lediglich das Wartungsmodell 22 ausgewählt werden, bei dem die Übereinstimmung des zugeordneten Modelldatenmusters 26 mit den Eingangsdaten E am größten ist.
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Sollte kein Wartungsmodell 22 identifizierbar sein, dessen Modelldatenmuster 26 zu den Eingangsdaten E eine ausreichende Ähnlichkeit aufweist (Verzweigung NOK aus dem zweiten Verfahrensschritt V2 in 3), kann das Planungsmodel 13 dazu eingerichtet sein zu prüfen, ob Informationen oder Erkenntnisse vorliegen, dass eine Wartung erforderlich ist (dritter Verfahrensschritt V3 in 3). Solche Informationen oder Erkenntnisse, die das Erfordernis einer Wartung signalisieren, können beispielsweise sein: der Ablauf einer Zeitdauer seit der letzten Wartung und/oder ein Eingangswert der Eingangsdaten, der außerhalb eines zulässigen Wertebereichs ist und/oder ein erkannter Ausfall eines Sensors oder einer anderen Komponente der Maschine, usw. In diesem Fall (Verzweigung OK aus dem dritten Verfahrensschritt V3 in 3) kann das Planungsmodel 13 in einem vierten Verfahrensschritt V4 einen Wartungsdienst anfordern. Beispielsweise kann dann ein Mitarbeiter des Wartungsdienstes entscheiden, welche Wartung bei der Maschine 11 erforderlich ist.
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Liegen keine Informationen oder Erkenntnisse vor, die das Erfordernis einer Wartung signalisieren (Verzweigung NOK aus dem dritten Verfahrensschritt V3 in 3), benötigt die Maschine 11 aktuell keine Wartung.
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Wie vorstehend erläutert, wird ein einziges Wartungsmodul 22 oder auch eine Prioritätsreihenfolge mehrerer Wartungsmodule 22 erstellt, deren Modellindikatorwert IM ausreichend mit dem Indikatorwert IE der Eingangsdaten E übereinstimmt und das einzige Wartungsmodel 22 oder das Wartungsmodel 22 mit der höchsten Priorität wird ausgewählt (fünfter Verfahrensschritt V5 in 3). Anschließend prüft das Planungsmodul 13 die Verfügbarkeit der für die Durchführung des wenigstens einen Wartungsschritts 24 erforderlichen Ressource 25 mithilfe des Ressourcenmoduls 15 (sechster Verfahrensschritt V6 in 3). Hierfür sind in der Ressourcendatenbank 18 jeder Ressource 25 Verfügbarkeitszeiträume 30 zugeordnet. Das Modellmodul 15 teilt dem Planungsmodul 13 mit, ob die angeforderte Ressource 25 zu einem geplanten Wartungsschritt 24 zur Verfügung steht. Das Planungsmodul 13 berücksichtigt bei der Prüfung der Verfügbarkeit folgende Randbedingungen:
- 1. Der wenigstens eine Wartungsschritt 24 des Wartungsablaufs 23 muss bis zu einem vorgegebenen Endzeitpunkt bzw. Enddatum abgeschlossen sein; und
- 2. Der Wartungszeitraum zwischen dem Beginn des ersten Wartungsschrittes und dem Abschluss des letzten Wartungsschrittes 24 darf eine maximale Wartungszeitdauer nicht überschreiten.
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Sind diese beiden Randbedingungen erfüllt, ist die Ressource 25 zur Durchführung des Wartungsablaufs 23 verfügbar (Verzweigung OK aus dem sechsten Verfahrensschritt V6 in 3). Wird eine der genannten Bedingungen nicht erfüllt, ist die Ressource 25 für den geplanten Wartungsablauf 23 nicht verfügbar. Jede Ressource 25 kann eine Person und/oder ein Gerät oder Instrument sein.
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Sollte die Ressource 25 für den geplanten Wartungsablauf nicht verfügbar sein, kann nach einem weiteren Wartungsmodell 22 gesucht werden, dessen Modelldatenmuster 26 ähnlich sind zu den Eingangsdaten E (Verzweigung NOK1 aus dem sechsten Verfahrensschritt V6 in 3). Sollte bereits im vorhergehenden Schritt eine Prioritätsreihenfolge von mehreren Wartungsmodellen 22 festgelegt worden sein, wird in der Prioritätenliste das nächste Wartungsmodell ausgewählt und dessen Ressource 25 auf Verfügbarkeit geprüft.
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Sollte zu keinem passenden Wartungsmodell 22 eine Ressource 25 verfügbar sein (Verzweigung NOK2 aus dem sechsten Verfahrensschritt V6 in 3), kann das Planungsmodul 13 den Wartungsdienst 29 informieren (siebter Verfahrensschritt V7 in 3), so dass ein qualifizierter Mitarbeiter des Wartungsdienstes 29 über das weitere Vorgehen entscheiden kann.
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Wenn zu einem ausgewählten Wartungsmodell 22 die Ressource 25 verfügbar ist (Verzweigung OK aus dem sechsten Verfahrensschritt V6 in 3), steuert das Planungsmodul 13 das Schnittstellenmodul 16 an und gibt den Wartungsablauf über das Schnittstellenmodul 16 an die Ressource 25 aus (achter Verfahrensschritt V8 in 3).
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In 2 ist schematisch beispielhaft ein Wartungsablauf 23 veranschaulicht. Jedem der dargestellten Wartungsschritte 24-1 bis 24-n ist eine hierfür erforderliche Ressource 25-1 bis 25-m zugeordnet. Beim dargestellten Beispiel wird ein erster Wartungsschritt 24-1 durch eine erste Ressource 25-1 ausgeführt. Nach Abschluss dieses ersten Wartungsschrittes 24-1 wird für einen darauffolgenden zweiten Wartungsschritt 24-1 sowie einen dritten Wartungsschritt 24-3 eine zweite Ressource 25-2 bzw. dritte Ressource 25-3 benötigt. Wie es veranschaulicht ist, können der zweite Wartungsschritt 24-2 und der dritte Wartungsschritt 24-3 gleichzeitig durchgeführt werden. Erst wenn der zweite Wartungsschritt 25-2 abgeschlossen ist, können ein vierter Wartungsschritt 24-4 und ein fünfter Wartungsschritt 24-5 durch die erste Ressource 25-1 bzw. die dritte Ressource 25-3 durchgeführt werden. Der Wartungsablauf 23 ist dann abgeschlossen, wenn der letzte Wartungsschritt 24-n durch die zugeordnete Ressource (hier: Ressource 25-m) durchgeführt wurde. Die Anzahl der Ressourcen 25 und die Anzahl der Wartungsschritte 24 sowie deren zeitliche Abfolge und Dauer hängen von der Art der Maschine 11 und der durchzuführenden Wartung ab und können beliebig variieren.
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Das Schnittstellenmodul 16 kann beispielsweise wenigstens ein mobiles Endgerät aufweisen, wie etwa einen Tablet, PC oder ein Smartphone. Über ein solches mobiles Endgerät kann beispielsweise eine Person über die durchzuführenden Wartungsschritte 24 informiert werden. Handelt es sich bei einer benötigten Ressource um ein Instrument oder Gerät, kann das Schnittstellenmodul 16 das Instrument oder Gerät in einem Logistiksystem oder Lagerhaltungssystem für die durchzuführenden Wartungsarbeiten im entsprechenden Zeitraum reservieren.
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Nach Erledigung eines Wartungsschrittes quittiert die Ressource, insbesondere der entsprechende Servicemitarbeiter, die durchgeführte Tätigkeit (neunter Verfahrensschritt V9 in 3). Es ist auch möglich, dass autorisierte Servicemitarbeiter einen der Wartungsschritte 24 bzw. den Wartungsablauf 23 modifizieren entweder vor Durchführung der Wartungsarbeiten oder nach deren Erledigung. Der derart modifizierte bzw. geänderte Wartungsablauf 23* kann über das Schnittstellenmodul 16 eingegeben und an einen Zwischenspeicher 31 oder alternativ direkt an das Modellmodul 14 übermittelt werden (1). Beim Ausführungsbeispiel hat das Modellmodul 14 Zugriff auf den Zwischenspeicher 31. Auf Basis des geänderten Wartungsablaufs 23* kann entweder das ausgewählte Wartungsmodell 22 angepasst oder ein neues Wartungsmodell 22 erzeugt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel ist das Eingangsmodul 12 außerdem dazu eingerichtet, die Sensordaten S und/oder die Eingangsdaten E mit wenigstens einem vorgegebenen Kriterium zu vergleichen (zehnter Verfahrensschritt V10 in 3). Abhängig von der Prüfung, ob das wenigstens eine Kriterium erfüllt ist, wird sofort eine Maßnahme eingeleitet, beispielsweise das Prüfungsergebnis ausgegeben (elfter Verfahrensschritt V111 in 3).
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Beispielsgemäß erfolgt eine Prüfung, ob ein Warnkriterium oder ein Notstoppkriterium erfüllt ist. Erfüllen die Sensordaten S und/oder die Eingangsdaten E weder das Warnkriterium, noch das Notstoppkriterium, wird eine Zustandsanzeige 32 derart angesteuert, dass ein Normalbetrieb signalisiert wird. Zum Beispiel kann die Zustandsanzeige 32 eine Ampeldarstellung aufweisen, so dass die Ampel auf Grün gesetzt wird.
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Erfüllen die Sensordaten S und/oder die Eingangsdaten E ein Warnkriterium, wird mittels der Zustandsanzeige 32 eine Warnung ausgegeben, beispielsweise kann die Ampel auf Gelb gesetzt werden. Erfüllen die Sensordaten S und/oder die Eingangsdaten E ein Notstoppkriterium, wird ein Notstopp der Maschine 11 veranlasst. Beispielsweise kann über die Zustandsanzeige 32 ein manuell ausgelöster Notstopp angefordert werden. Alternativ oder zusätzlich zur Ausgabe des Notstopps über die Zustandsanzeige 32 kann der Notstopp automatisch eingeleitet werden. Zur Anforderung eines Notstoppes oder zur Signalisierung, dass ein Notstopp durchgeführt wurde, kann die Ampel beispielsweise auf Rot gesetzt werden.
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Die Sofortmaßnahmenschleife des zehnten und elften Verfahrensschritts V10, V11 betrifft kurzfristige Ereignisse, die eine sofortige Maßnahme erfordern, also innerhalb eines Zeitraums von einigen Sekunden bis zu einigen Stunden, beispielsweise 12 Stunden. Im Unterschied dazu erfolgt über das Planungsmodul 13 in Zusammenarbeit mit den anderen Modulen 14, 15, 16 eine mittelfristige bis langfristige Wartungsplanung, die den Zeitraum bis zur Einleitung einer Wartung von mehreren Tagen, bis zu mehreren Monaten betrifft. Der Zeithorizont der Sofortmaßnahmenschleife und der dazu parallelen Ablaufs der Wartungsplanung ist sehr verschieden.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 und ein Verfahren 20 zur Planung von Wartungsarbeiten an einer Maschine 11. Basierend auf Sensordaten S werden Eingangsdaten E generiert. Die Eingangsdaten E werden mit Modellsensordaten unterschiedlicher Modelldatenmuster 26 verglichen und auf eine Übereinstimmung überprüft. Jedem Modelldatenmuster 26 ist ein Wartungsmodell 22 in der Modelldatenbank 17 zugeordnet. Wird eine Übereinstimmung der Eingangsdaten E mit den Modellsensordaten M eines Modellmusters 26 festgestellt, kann das zugeordnete Wartungsmodell 22 ausgewählt werden für eine Wartung der Maschine 11. Das Wartungsmodell 22 enthält wenigstens einen Wartungsschritt 24 und die zu dessen Durchführung benötigte Ressource 25. Anschließend wird auf die Verfügbarkeit der benötigten Ressource 25 geprüft und sofern die Verfügbarkeit gegeben ist, wird die Ressource 25 angefordert. Mithilfe einer solchen Vorrichtung 10 bzw. eines solchen Verfahrens 20 kann eine prädiktive Wartung auf Basis von Erfahrungswissen durchgeführt werden, das in den Wartungsmodellen 22 der Modelldatenbank 17 enthalten ist. Die Wartungsmodelle 22 können durch maschinelles Lernen erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Maschine
- 12
- Eingangsmodul
- 13
- Planungsmodul
- 14
- Modellmodul
- 15
- Ressourcenmodul
- 16
- Schnittstellenmodul
- 17
- Modelldatenbank
- 18
- Ressourcendatenbank
- 20
- Verfahren
- 22
- Wartungsmodell
- 23
- Wartungsablauf
- 24
- Wartungsschritt
- 25
- Ressource
- 26
- Modelldatenmuster
- 29
- Wartungsdienst
- 30
- Verfügbarkeitszeitraum
- 31
- Zwischenspeicher
- 32
- Zustandsanzeige
- E
- Eingangsdaten
- IE
- Indikatorwert
- IM
- Modellindikatorwert
- M
- Modellsensordaten
- S
- Sensordaten
- V1
- erster Verfahrensschritt
- V2
- zweiter Verfahrensschritt
- V3
- dritter Verfahrensschritt
- V4
- vierter Verfahrensschritt
- V5
- fünfter Verfahrensschritt
- V6
- sechster Verfahrensschritt
- V7
- siebter Verfahrensschritt
- V8
- achter Verfahrensschritt
- V9
- neunter Verfahrensschritt
- V10
- zehnter Verfahrensschritt
- V11
- elfter Verfahrensschritt
